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TEMA 3: LA MATERIA: CÓMO SE PRESENTA
1. CLASIFICACIÓN DE LA MATERIA
MATERIA: es todo aquello que nos rodea.
SUSTANCIAS PURAS: son aquellas que no se pueden
descomponer en otras sustancias más sencillas
utilizando procedimientos físicos. Las sustancias puras
tienen propiedades específicas que las caracterizan, como
por ejemplo la densidad, el punto de fusión, etc. Ejemplos
de sustancias puras: agua, sal, aceite, oro, hierro, etc. Las
sustancias puras se clasifican en:
Elementos: son aquellas sustancias puras que no se pueden descomponer
en otras más simples por ningún procedimiento. Por ejemplo: plata,
hidrógeno, oxígeno, etc.
Compuestos: son aquellas sustancias puras que se pueden descomponer
en otras más simples por procedimientos químicos. Por ejemplo: agua, sal,
ozono, etc.
MEZCLAS: es la combinación de dos o más sustancias puras que se pueden
separar por procedimientos físicos. Por ejemplo: agua y aceite; agua y
sal; etc, Se clasifican en:
Homogéneas : es una mezcla en la que es imposible distinguir
sus componentes a simple vista. Las mezclas homogéneas
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MATERIA
SUSTANCIAS PURAS
ELEMENTOS COMPUESTOS
MEZCLAS
HOMOGÉNEAS
HETEROGÉNEAS
también se llaman disoluciones. Por ejemplo:
agua y azúcar; aceite.
Heterogéneas : es una mezcla en la que es
posible distinguir sus componentes a simple vista.
Por ejemplo: agua y aceite; una pizza, etc. Un tipo
de mezcla heterogénea es el coloide (emulsión),
que es una mezcla heterogénea que dispersa la luz. Por ejemplo: salsa de
tomate, puré de verduras, gel de baño, gelatina, etc.
2.
SEPARACIÓN DE MEZCLAS
Para separar una mezcla en las sustancias puras que la forman se usan procedimientos
físicos.
Los procedimientos físicos a usar dependerán de si las mezclas están formadas por dos
sólidos, por un sólido y un líquido o por dos líquidos.
Los procedimientos físicos más importantes o habituales para separar mezclas son:
Criba : permite separar una mezcla de dos sólidos con
diferentes tamaños de partícula. Por ejemplo: separar
arena y grava.
Filtración: permite separar un sólido insoluble (que no se
disuelve en un líquido) del líquido. Por
ejemplo: arena de agua.
La filtración consiste en hacer pasar la
mezcla a través de un papel de filtro, de
Página 2
EJERCICIOS DEL LIBRO:
Página 63: 21; Página 67: 25, 26, 27, 29, 30; Página 70: 55, 56
forma que el líquido pasa a través del papel y el sólido queda retenido en el papel
de filtro.
Cristalización : permite separar un sólido soluble o disuelto en un líquido. Por
ejemplo sal en agua.
La cristalización consiste en hacer evaporar el líquido de la disolución y obtener los
cristales del sólido. La cristalización es el proceso que se realiza por ejemplo en las
salinas de agua de mar para obtener la sal común.
Separación magnética : permite separar un sólido
ferromagnético como el hierro, el niquel y el cobalto del
resto de los componentes de la mezcla, empleando un
imán.
Decantación : permite la separación de dos líquidos
inmiscibles como el agua y el aceite.
Consiste en dejar reposar la mezcla en un embudo de
decantación hasta la separación de los dos líquidos. Una
vez separados se abre una válvula dejando pasar el
líquido de mayor densidad (en este caso el agua) hasta la frontera de separación de
los líquidos (interfase), quedando en el embudo el líquido de menor densidad
(aceite).
Destilación : permite separar dos líquidos miscibles con distinto punto de
ebullición. Por ejemplo el alcohol del vino.
El procedimiento es el siguiente: la mezcla se introduce en un matraz y se calienta.
El líquido con menor punto de ebullición se evapora, a su temperatura de ebullición
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que conocemos, y se hace pasar por un tubo de refrigeración en el cual vuelve a
pasar a estado líquido y se recoge en otro matraz.
Esto se controla mediante un termómetro situado en el interior de la mezcla. El
líquido de menor punto de ebullición estará evaporando hasta que no quede nada
en la mezcla y esto lo sabremos por que durante el tiempo en que se está
evaporando, el termómetro no cambiará de temperatura. En el momento en que el
termómetro empiece a subir de temperatura indicará que todo el líquido de menor
punto de ebullición se ha evaporado y que en el matraz solo queda el vino sin el
alcohol, en ese momento se deja de calentar.
Cromatografía : permite separar los
componentes de una mezcla
homogénea. Por ejemplo los componentes
de la tinta de un rotulador.
Se realiza utilizando una fase estacionaria
como por ejemplo un papel de filtro y una fase móvil como por ejemplo alcohol.
Al poner la fase estacionaria en contacto con la fase móvil, ésta asciende por
capilaridad a través de la fase estacionaria separándose los componentes de la
mezcla.
2.1. USOS EN LA INDUSTRIA
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Ejercicios del libro: Página 68: 34, 35, 36, 37.
Las separaciones de mezclas se usan de forma generalizada en la industria. Vamos a ver
algunos ejemplos:
Obtención de azúcar: el azúcar se obtiene principalmente de la caña de azúcar o
de la remolacha azucarera. Para ello se realizan varios procesos:
1. Se muele la caña de azúcar obteniéndose un jugo.
2. Al jugo se le añade cal y se deja reposar en un tanque. En este proceso se
produce una forma de decantación (sedimentación sólido-líquido)
obteniéndose por un lado un sólido en el fondo, llamado cachaza y por otro
lado el jugo claro.
3. Este jugo se lleva a un evaporador para eliminar el agua que contiene hasta
obtener una especie de jarabe.
4. Este jarabe se le somete a una cristalización obteniéndose por un lado un
líquido llamado miel y unos cristales que son el azúcar.
5. Para separarlos se les somete a centrifugación. Los cristales separados de la
miel son, por último, secados mediante aire caliente.
El azúcar así obtenido es el que se conoce como azúcar moreno. El azúcar
blanco se obtiene quitándole impurezas al azúcar moreno.
Depuración de aguas residuales: Cada vez que hacemos uso del cuarto de baño
“condenamos” una media de 10-20 litros de agua, en la mayoría de los casos
potable, a convertirse en agua residual negra que podría llegar a constituir un
problema medioambiental serio, no solo por el hecho de verter estas aguas
contaminadas a los cauces de los ríos, sino también por el poco aprovechamiento
de ese agua para otros usos, ocasionándose una pérdida de energía y económica.
Se denominan aguas residuales, por tanto, las que han sido utilizadas en las
viviendas, en la industria, en la agricultura y en los servicios, pudiéndose incluir
también las que proceden de lluvia y discurren por las calles y espacios libres, por
los tejados, patios y azoteas de los edificios.
Estas aguas residuales producidas en la vida diaria deben ser transportadas y
tratadas adecuadamente. Se necesita una infraestructura compuesta de alcantarillas
y colectores, y de unas instalaciones denominadas Estaciones de Regeneración
de Aguas Residuales (ERAR) que, en un conjunto, posibiliten la devolución del
agua al medio ambiente en condiciones compatibles con él.
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Para depurar el agua se siguen las siguientes etapas:
1. Pretratamiento: Con el pretratamiento se elimina la parte de polución más
visible: cuerpos voluminosos, trapos, palos, hojas, arenas, grasas y
materiales similares, que llegan flotando o en suspensión desde los
colectores de entrada. Para ello se realiza un desbaste (consiste en una
especie de filtro formado por barras verticales que retienen sólidos más
voluminosos), un desarenado (consiste en la eliminación de partículas del
tamaño de la arena mediante sedimentación) y un desengrasado (consiste en
eliminar las grasas inyectando aire al agua para que se desemulsione la
grasa y ascienda a la superficie del agua).
2. Tratamiento primario: el agua se deposita en unos tanques circulares,
llamados decantadores, donde se separan por sedimentación sólidos que no
se han separado en el pretratamiento.
3. Tratamiento secundario: en este proceso el agua se deposita en unas
grandes balsas en las que se cultivan bacterias que permiten eliminar
sustancias orgánicas presentes en el agua.
4. Tratamiento terciario: Este tratamiento consiste en un proceso físico-químico
que utiliza la precipitación, la filtración y/o la cloración para reducir
drásticamente los niveles de nutrientes inorgánicos, especialmente los
fosfatos y nitratos del efluente final.
Bebidas espirituosas: este tipo de bebidas se obtiene a partir de la destilación de
líquidos azucarados fermentados (la fermentación de azúcares es un proceso
biológico que produce alcohol mediante la adición de levaduras y/o bacterias). Por
ejemplo.
- La ginebra se obtiene a partir de la destilación de la fermentación de bayas de
enebro.
- El ron se obtiene a partir de la destilación de la fermentación de la melaza de la
caña de azúcar.
- El vodka se obtiene a partir de la destilación de la fermentación de cereales.
En todos los procesos de fabricación se producen la fermentación alcohólica (donde
se produce el alcohol) y posteriormente se somete a una destilación para obtener
una bebida más pura (la destilación se realiza para eliminar el agua de la bebida y
obtener un mayor contenido alcohólico).
En el caso de la cerveza y el vino solo se realiza la fermentación:
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- Cerveza: fermentación de cereales (trigo, cebada, centeno, etc.) con levaduras
durante 5-9 días.
- Vino: fermentación de uvas con hongos (se encuentran de forma natural en los
hollejos de las uvas) durante 10 días.
3. DISOLUCIONES
Una disolución es una mezcla homogénea de dos o más componentes, que reciben los
siguientes nombres:
Disolvente: es el componente que está en mayor cantidad. Por lo general es agua.
Soluto: es el componente (puede ser uno o más de uno) que está en menor
cantidad.
Según esto, la suma del disolvente y el soluto nos da la disolución.
3.1. Concentración de una disolución
La concentración de una disolución indica la cantidad de soluto que hay en una
determinada cantidad de disolución.
La concentración de una disolución se puede expresar de varias formas:
Porcentaje en masa: expresa la masa de soluto que hay en 100 gramos de
disolución. Su expresión matemática es:
Ejercicio 1: Vamos a calcular el porcentaje en masa de una disolución de suero
fisiológico en el que se mezclan 3 g de cloruro sódico con 300 ml de agua destilada.
Soluto: 3,0 g de cloruro sódico
Disolvente: 300 g de agua destilada (300 ml = 300 g de agua destilada)
Disolución: 300 + 3 = 303 g
% masa = 3 gsoluto
303gdisolución * 100 = 0,99 %
Esto significa que en 100 g de disolución hay 0,99 g de soluto y 99,01 g de
disolvente.
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% masa = masa (g ) soluto
masa (g )disoluci ó n *
100
Ojo, siempre vamos a poner la masa en
Ejercicio 2: Se mezclan 25 g de azúcar con 125 g de agua. Calcula:
a) El % masa.
b) La cantidad de azúcar disuelta en 300 g de disolución. ¿Cuál es la cantidad
de disolvente?
c) La masa de disolución que contiene 48 g de soluto.
d) La masa de disolución que contiene 110 g de disolvente.
Soluto: 25 g de azúcar
Disolvente: 125 g de agua
Disolución: 125 + 25 = 150 g
a) % masa = 25 gsoluto
150gdisolución* 100 = 16,67%
{ Estoindicaque :Hay16,67 gde solutoen100 gdisolución
Hay100−16,67=83,33 gdedisolvente en100gdisolución}b) 300 g disolución * 16,67 gsoluto
100gdisolución = 16,67∗300100
= 50,01 g soluto
La cantidad de disolvente es: 300 g disolución – 50,01 g soluto = 249,9 g
c) 48 g soluto * 100gdisolución16,67 gsoluto
= 48∗10016,67
= 287,94 g disolución
d) 110 g disolvente * 100 gdisolución83,33g disolvente
= 110∗10083,33
= 132 g disolvente
Porcentaje en volumen: expresa el volumen de soluto que hay en 100 ml de
disolución. Su expresión matemática es:
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Ejercicios: página 57: 5, 6, 7; página 68-69: 38, 40, 41, 42, 43
Ejercicio 1: Vamos a calcular la concentración en % en volumen de una disolución
que se obtiene al mezclar 10 ml de alcohol etílico en 250 ml de agua destilada.
1. Por último vamos a calcular la concentración en % en volumen de la disolución.
Soluto: 10 ml de alcohol etílico
Disolvente: 250 ml de agua destilada
Disolución: 250 + 10 = 260 ml
% volumen =10ml soluto
260mldisoluci ón* 100 = 3,85%
Esto significa que en 100 ml de disolución hay 3,85 ml de soluto y 96,15 ml de
disolvente.
Ejercicio 2: Se mezclan 50 ml de ácido clorhídrico con 150 ml de agua destilada.
Calcula:
a) El % volumen.
b) El volumen de ácido clorhídrico que hay en 250 ml de disolución. ¿Cuál es el
volumen de agua?
c) El volumen de disolución que contiene 35 ml de soluto.
d) El volumen de disolución que contiene 85 ml de disolvente.
Soluto: 50 ml de ácido clorhídrico
Disolvente: 150 ml de agua
Disolución: 150 + 50 = 200 ml
a) % volumen = 50ml soluto
200ml disoluci ón* 100 = 25%
{ Esto indicaque :Hay25ml desoluto en100mldisolución
Hay100−25=75mlde disolvente en100mldisolución}b) 250 ml disolución * 25ml soluto
100mldisolución = 25∗250100
= 62,5 ml soluto
La cantidad de disolvente es: 250 ml disolución – 62,5 ml soluto = 187,5 ml
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c) 35 ml soluto * 100mldisolución25ml soluto
= 35∗10025
= 140 ml disolución
d) 85 ml disolvente * 100mldisolución75ml disolvente
= 85∗10075
= 113,3 ml disolvente
Concentración en masa: expresa la masa de soluto que hay en 1 litro de
disolución. Su expresión matemática es:
Ejercicio 1: Se añade 5 g de azúcar en agua hasta obtener una disolución de 100
ml. Calcula:
a) La concentración en masa.
b) La cantidad de azúcar que hay en 250 ml de disolución.
c) El volumen de disolución que contiene 35 g de azúcar.
Soluto: 5 g de azúcar.
Disolvente: -------- (no podemos saberlo con los datos que tenemos)
Disolución: 100 ml * 1l
1000ml = 0,1 l
a) Concentración en masa (g/l) = 5 gsoluto
0,1l disoluci ón = 50 g/l
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Ejercicios: página 58: 8, 9, 10; página 69: 46, 47, 48
Concentración en masa (g/l) = masa (g ) soluto
volumen (l )disoluci ón
ACTIVIDAD BEBIDA ALCOHÓLICA:
Esto indicaque :Hay50 gde solutoen1l de disolución
¿¿
b) 250 ml disolución * 50 gsoluto
1000ml disoluci ón = 12,5 g soluto
c) 35 g soluto * 1l disolución50g soluto
= 0,7 l disolución
1. SOLUBILIDAD
Se llama solubilidad de una sustancia a la cantidad máxima de soluto que se puede
disolver en una determinada cantidad de disolvente.
Según esto, las disoluciones se pueden clasificar en:
Disolución diluida : aquella en la que hay poco soluto con relación al disolvente y
podríamos disolver más soluto.
Disolución concentrada: aquella en la que hay mucho soluto con relación al
disolvente, pero podríamos disolver más soluto.
Disolución saturada: aquella en la que no se puede disolver más soluto con
relación al disolvente.
La solubilidad de un soluto en un determinado disolvente depende de la temperatura.
Así, a mayor temperatura la solubilidad es mayor, es decir, se puede disolver mayor
cantidad de soluto en una determinada cantidad de disolvente.
Por ejemplo, si observamos la gráfica de solubilidad del KNO3:
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Ejercicios: página 59: 11, 12; página 69: 44, 50, 52.
Esta gráfica nos indica que a 20 ºC podemos disolver como máximo 30 g de KNO3 en
100 g de agua, de forma que si añadimos 40 g solo se disolverán 30 g y los restantes
10 g quedarán en el fondo del vaso de precipitados sin disolver.
Pero si calentamos la disolución hasta los 60 ºC podremos disolver hasta 130 g de
KNO3.
Vamos a comprobar la solubilidad del cloruro
potásico en función de la temperatura.
La gráfica de solubilidad es la siguiente:
1. Pesamos en la balanza 20 g de cloruro potásico.
2. En una probeta tomamos 100 ml de agua
destilada.
3. Añadimos el agua a un vaso de precipitados y
echamos los 20 g de cloruro potásico.
4. Según la gráfica la solubilidad a 15 ºC es de 30
g, por lo tanto se disolverá todo el cloruro de
potasio.
5. Ahora pesamos 20 g más de cloruro potásico y
lo echamos en el vaso de precipitado.
6. Según la gráfica, puesto que la solubilidad es de 30 g, y hemos echado 40 g,
quedará cloruro de potasio sin disolver.
7. Ahora calentamos la disolución y agitamos continuamente (introducimos un
termómetro sin que toque las paredes ni el fondo del vaso). A medida que aumenta
la temperatura de la disolución, el cloruro de potasio que quedaba si disolver se va
disolviendo, hasta que todo está disuelto. ¿A qué temperatura ocurre?
8. Si dejamos de calentar y esperamos que la disolución se vaya enfriando ¿qué
ocurre?
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LABORATORIO
La solubilidad es la base de la cristalización, así si por ejemplo tenemos una
disolución de KNO3 formada por 80 g de soluto en 100 g de agua a una temperatura de
60 ºC, todo el soluto estará disuelto. Si ahora dejamos enfriar la disolución hasta los 20
ºC, según la gráfica, de los 80 g de soluto que había disueltos, 30 g quedarán disueltos
y los restantes 50 g precipitarán.
En el caso de los gases, la solubilidad disminuye
con la temperatura, así por ejemplo la gráfica de
solubilidad del oxígeno es:
En este caso a mayor temperatura menor
cantidad de oxígeno se puede disolver.
Así, por ejemplo, en el caso de los ríos, si
aumenta la temperatura hay menos oxígeno
disuelto lo que implica un grave problema para los seres vivos que viven en los ríos.
Este es otro más de los problemas medioambientales del calentamiento global y de la
contaminación del agua.
Ejercicio 1: Según la gráfica de solubilidad, contesta:
a) ¿Cuál es la solubilidad del KCl a 80ºC?
50 g
b) ¿Qué cantidad de KCl se puede disolver en 250 g
de agua a 80 ºC?
250 g agua * 50 g KCl100gagua
= 125 g de KCl
c) ¿Qué cantidad de KCl precipitará de la disolución
anterior si la enfriamos a 20ºC?
A 20 ºC se disuelve 32 g en 100g de agua.
Como tenemos 250g de agua:
250 g agua * 32 g KCl100gagua
= 80 g de KCl
Precipitará 125 – 80 = 45g de KCl
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Ejercicio 2: Según la gráfica anterior:
a) ¿Cuál es la solubilidad del NaNO3 a 75 ºC?
142 g
b) ¿Qué cantidad de NaNO3 se puede disolver en 400 g de agua a 55ºC?
400 g agua * 125 g KCl100gagua
= 500 g de NaNO3
c) ¿Qué cantidad precipitará de la disolución anterior si la enfriamos hasta 25ºC?
A 25ºC se disuelven 95 g de NaNO3, en 100g de agua. Como tenemos 400g
de agua:
400 g agua * 95 g KCl100gagua
= 380 g de NaNO3
Por tanto precipitará 500 – 380 = 120 g de NaNO3.
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Ejercicios: página 60-61: 14, 15, 18, 19
